直流输电系统实测型熄弧角检测方法和检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及直流输电系统实测型熄弧角检测方法和检测系统，检测换流阀电流过零点时的电角度，以及同步电压正向过零点时的电角度；对上述两个电角度进行积分处理得到该换流阀的熄弧角；找到所有的换流阀对应的熄弧角中的最小值，该最小值即为所需的熄弧角。测量得到熄弧角是真实的换流阀熄弧角，通过调节触发角实现对熄弧角的控制具有高实时性、高可靠性、高准确性、易于实现等特点；并且与预测型熄弧角检测方法相比，实时性更高，更加可靠、准确。另外，利用实测型熄弧角检测方法得到的实测熄弧角进行后续的控制时，可以有效防止或者减少换相失败的可能性，提高了直流输电系统控制和运行的可靠性。
【专利说明】
直流输电系统实测型熄弧角检测方法和检测系统
技术领域
[0001]本发明涉及直流输电系统实测型熄弧角检测方法和检测系统，属于直流输电系统熄弧角测量领域。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的迅速增长、以及用电量需求的不断增加，目前我国已经成为世界上直流输电线路最多、输送容量最大的国家。并且对输送电力的稳定性和可靠性的要求也在不断提高，在直流输电工程中，换相失败是直流输电系统中常见故障之一，发生换流阀换相失败时将会导致直流电压减小、直流电流增大、传输功率中断和增加换流站设备的应力，甚至会导致直流系统发生闭锁，造成直流系统的瘫痪。
[0003]换相失败是指在两个阀进行换相时，在换相过程没有能够完全完成时，即在反向电压期间没有能够恢复其阻断的能力，之后当加在该换流阀上的电压为正时，换流阀又立即重新被导通，则发生了倒换相，使准备导通的换流阀重新关断，这样就发生换相失败。导致换相失败的原因有逆变器内部故障、换流阀交流电压下降、逆变器换相电压相角前移等等，但是直观的都会导致换流阀熄弧角值过小，发生换相失败。所以在防止换相失败的各种策略中熄弧角控制尤为重要，熄弧角控制方法有预测型熄弧角控制和实测型熄弧角控制两种实现方法。目前，大部分工程为了节省设备成本多采用预测型熄弧角控制方法，即根据直流输电系统理论的基本换相公式，根据测量的直流电流和换流变进线电压对熄弧角进行预测计算，根据预测值对触发角进行调节控制。这种预测型熄弧角控制方法使用的熄弧角是一个预测值，与实际值会存在一定的偏差，这样导致控制系统对触发角控制会比较滞后、准确度较低，并且存在控制偏差大与控制延时等缺点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种直流输电系统实测型熄弧角检测方法，用以解决利用预测型熄弧角测量方法测量出的熄弧角在控制时存在控制偏差大和控制延时等缺点的问题。本发明还提供一种直流输电系统实测型熄弧角检测系统。
[0005]为实现上述目的，本发明的方案包括:一种直流输电系统实测型熄弧角检测方法，包括以下步骤:
[0006](I)对于所有的换流阀，检测每一个换流阀电流过零点时的电角度，以及同步电压正向过零点时的电角度；
[0007](2)对上述两个电角度进行积分处理得到对应换流阀的熄弧角；
[0008](3)找到所有的换流阀对应的熄弧角中的最小值，该最小值即为所需的熄弧角。
[0009]通过VBE对换流阀的电流进行采集实现所述检测换流阀电流过零点时的电角度；通过电压互感器对换流阀的电压进行采集实现所述检测同步电压正向过零点时的电角度。
[0010]实现所述步骤(2)中的对上述两个电角度进行积分处理得到该换流阀的熄弧角的手段包括以下步骤:
[0011]1)对电流信号和电压信号进行软件消抖处理；
[0012]2)判断该电流信号的电平上升沿是否到来，如果到来，启动积分器；
[0013]3)检测同步电压信号的电平上升沿是否到来，如果到来，停止积分器；[〇〇14]4)输出对应换流器的熄弧角。
[0015]在找到所有的换流阀对应的熄弧角中的最小值之前，还需要进行以下操作:判断所有的换流阀对应的熄弧角是否计算完成，如果计算完成，则读取所有的熄弧角，并使用最小值查找法得到最小熄弧角。
[0016]一种直流输电系统实测型熄弧角检测系统，包括总处理器和与换流阀一一对应的检测装置，所述检测装置包括用于检测对应换流阀电流过零点时的电角度的电流检测模块、用于检测对应换流阀同步电压正向过零点时的电角度的电压检测模块、以及分处理器； 所述分处理器采样连接对应的电流检测模块和电压检测模块，所有的分处理器与所述总处理器连接；
[0017]所述分处理器用于根据电流检测模块和电压检测模块采集到的信号进行积分处理得到对应换流阀的熄弧角;所述总处理器用于在所有的换流阀对应的熄弧角中找到最小值，该最小值即为所需的熄弧角。
[0018]所述电流检测模块为VBE，所述电压检测模块为电压互感器。[〇〇19] 所述分处理器为FPGA。[〇〇2〇]所述检测装置还包括信号处理模块，信号处理模块包括电流信号处理单元、电压信号处理单元和电平转换电路，所述电流信号处理单元为隔离耦合电路，所述电压信号处理单元由依次连接的信号调理电路和比较电路构成，比较电路和隔离耦合电路输出连接电平转换电路，电压检测模块输出的电压信号依次经信号调理电路和比较电路输出给电平转换电路，电流检测模块输出的电流信号经隔离耦合电路输出给电平转换电路，电平转换电路对信号进行处理后输出给分处理器。
[0021]所述总处理器的工作过程为:
[0022]1)给各个分处理器配置参数；[〇〇23]2)读取状态字信息；
[0024]3)判断是否有报错信息，如果没有，则进行步骤4);
[0025]4)判断各个换流阀对应的熄弧角是否计算完成，如果计算完成，则进行步骤5);
[0026]5)读取各个熄弧角，使用最小值查找法得到最小熄弧角。
[0027]实测型熄弧角控制是通过配置硬件设备和硬件电路对换流阀上的电流和同步电压进行实时采集处理，检测电流与电压的过零点时刻，经过积分运算得到实时的实测熄弧角值，熄弧角控制中采用该实测熄弧角值进行判断处理，完成对触发角的实时调节控制。熄弧角控制采用的是实测型熄弧角方法，测量得到熄弧角是真实的换流阀熄弧角，这样控制系统通过调节触发角实现对媳弧角的控制具有尚实时性、尚可靠性、尚准确性、易于实现等特点;并且控制系统可以实时、准确地得到换流阀的熄弧角，可以快速的做出调节触发角控制动作，与预测型熄弧角检测方法相比，实时性更高，更加可靠、准确。另外，利用实测型熄弧角检测方法得到的实测熄弧角进行后续的控制时，可以有效防止或者减少换相失败的可能性，提高了直流输电系统控制和运行的可靠性。
【附图说明】
[0028]图1是直流输电系统实测型熄弧角检测系统结构示意图；
[0029]图2是直流输电系统实测型熄弧角检测系统原理示意图；
[0030]图3是FPGA工作过程示意图；
[0031 ] 图4是CPU处理器的工作过程示意图。
【具体实施方式】
[0032]方法实施例
[0033]本发明提供的直流输电系统实测型熄弧角检测方法，整体上包括以下步骤:
[0034](I)对于所有的换流阀，检测每一个换流阀电流过零点时的电角度，以及检测同步电压正向过零点时的电角度；
[0035](2)对上述两个电角度进行积分处理得到对应换流阀的熄弧角；
[0036](3)找到所有的换流阀对应的熄弧角中的最小值，该最小值即为所需的熄弧角。
[0037]基于上述检测方法，本发明还提供一种实施上述检测方法的检测系统，该检测系统包括一个总处理器，还包括若干个检测装置，由于直流输电系统中涉及多个换流阀，所以，每个换流阀对应一个检测装置，用于检测对应换流阀的熄弧角。
[0038]如图1所示，检测装置包括用于检测对应换流阀电流过零点时的电角度的电流检测模块、用于检测对应换流阀同步电压正向过零点时的电角度的电压检测模块、以及分处理器。由于一般情况下直流输电系统中的逆变侧采用熄弧角控制策略，所以，该实施例中，检测装置是对逆变侧的换流阀进行熄弧角检测。
[0039]在本实施例中，电流检测模块为一次侧的VBE(换流阀控制设备)，电压检测模块为PT设备(电压互感器)，分处理器为FPGA。另外，总处理器为CPU处理器，比如单片机等控制芯片或者工控机等控制设备。
[0040]由于FPGA(可编程逻辑器件)具有可并行逻辑运行、运行速度快和编程灵活等优点，所以，在检测装置中使用FPGA处理器作为实测型熄弧角测量的主控制器。
[0041]FPGA控制器采样连接VBE(换流阀控制设备)和PT设备(电压互感器)，并且，所有检测装置中的FPGA控制器与CPU处理器连接。
[0042]VBE用于检测和采集对应换流阀的电流信号，PT用于检测和采集对应换流阀的电压信号。为了对这两个检测模块检测的信号进行处理，该检测系统还包括信号处理模块，如图1和2所示，信号处理模块包括电流信号处理单元、电压信号处理单元和电平转换电路，电压信号处理单元由依次连接的信号调理电路和比较电路构成，电流信号处理单元为隔离耦合电路，比较电路和隔离耦合电路输出连接电平转换电路，PT输出的电压信号依次经信号调理电路和比较电路输出给电平转换电路，VBE输出的电流信号经隔离耦合电路输出给电平转换电路，电平转换电路对信号进行处理后输出给FPGA。
[0043]VBE(换流阀控制器)装置对应的处理单元对换流阀电流进行量级变换和采集处理，使用PT(电压互感器)装置对应的处理单元对同步电压进行变换和处理，变换为二次侧测量系统可以处理的小电压信号。其中，系统中的硬件电压信号处理单元对同步电压信号量进行信号调理，包括运算放大、保持、跟随和滤波等功能调节；同步电压信号量经过信号调理后，经过比较器进行模数转换，将模拟量转换为数字量，完成信号量过零点的检测;之后经过电平转换电路对信号量进行电平转换，将TTL电平转换为FPGA处理器可以接受的 COMS电平。电流信号处理单元对换流阀电流进行耦合保护，将测量信号量转换为检测系统可以识别的-5V到5V的标准信号。
[0044]也就是说，检测系统通过硬件电路对逆变器换流阀的电流和同步电压进行信号调理和信号采集，一次侧VBE(换流阀控制设备)和PT(电压互感器)设备对逆变器换流阀的电流和同步电压进行采集，然后经过相应处理后，变换为低量级信号量之后通过硬连线的方式送至FPGA。[〇〇45] FPGA根据接收到的电流和电压信号在FPGA处理器内进行电压和电流过零点时刻检测与判断，通过内部积分器计算产生各个换流阀的熄弧角值。[〇〇46] FPGA处理器内部工作流程图如图3所示。在FPGA内部对输入的电流/电压信号进行软件消抖处理，滤除信号的抖动;主进程中，时刻循环判断信号量电平的上升沿，上升沿到来时刻即为信号量过零点时刻。当等待超时，则输出报错信息;否则在换流阀电流上升沿到来时刻(换流阀关断时刻)，启动内部积分器进行积分。同时，同步电压检测进程中，在不停的检测同步电压过零点(正向过零点)的到来。当检测到同步电压过零点到来时，停止内部积分器，计算输出积分得到的熄弧角度。[〇〇47] CPU从FPGA获取各个换流阀对应的熄弧角，经过最小值查找算法得到最小熄弧角值。[〇〇48] CPU主要完成与上位机的接口，并完成总体控制。如图4所示，在本发明测量方法中，CPU主要完成有关实测型熄弧角测量的参数配置，读取状态字信息，如果在没有报错，且接收到FPGA发送的熄弧角计算完成标志后，从FPGA读取熄弧角，使用最小值查找算法找出最小熄弧角，并将各个换流阀的熄弧角和最小熄弧角进行输出。
[0049]系统实施例
[0050]本发明提供的检测系统在上述方法实施例中已给出详细的描述，这里不再具体说明。
[0051]以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种直流输电系统实测型熄弧角检测方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)对于所有的换流阀，检测每一个换流阀电流过零点时的电角度，以及同步电压正向 过零点时的电角度；(2)对上述两个电角度进行积分处理得到对应换流阀的熄弧角；(3)找到所有的换流阀对应的熄弧角中的最小值，该最小值即为所需的熄弧角。2.根据权利要求1所述的直流输电系统实测型熄弧角检测方法，其特征在于，通过VBE 对换流阀的电流进行采集实现所述检测换流阀电流过零点时的电角度;通过电压互感器对 换流阀的电压进行采集实现所述检测同步电压正向过零点时的电角度。3.根据权利要求1所述的直流输电系统实测型熄弧角检测方法，其特征在于，实现所述 步骤(2)中的对上述两个电角度进行积分处理得到该换流阀的熄弧角的手段包括以下步 骤:1)对电流信号和电压信号进行软件消抖处理；2)判断该电流信号的电平上升沿是否到来，如果到来，启动积分器；3)检测同步电压信号的电平上升沿是否到来，如果到来，停止积分器；4)输出对应换流器的熄弧角。4.根据权利要求1所述的直流输电系统实测型熄弧角检测方法，其特征在于，在找到所 有的换流阀对应的熄弧角中的最小值之前，还需要进行以下操作:判断所有的换流阀对应 的熄弧角是否计算完成，如果计算完成，则读取所有的熄弧角，并使用最小值查找法得到最 小熄弧角。5.—种直流输电系统实测型熄弧角检测系统，其特征在于，包括总处理器和与换流阀 一一对应的检测装置，所述检测装置包括用于检测对应换流阀电流过零点时的电角度的电 流检测模块、用于检测对应换流阀同步电压正向过零点时的电角度的电压检测模块、以及 分处理器;所述分处理器采样连接对应的电流检测模块和电压检测模块，所有的分处理器 与所述总处理器连接；所述分处理器用于根据电流检测模块和电压检测模块采集到的信号进行积分处理得 到对应换流阀的熄弧角;所述总处理器用于在所有的换流阀对应的熄弧角中找到最小值， 该最小值即为所需的熄弧角。6.根据权利要求5所述的直流输电系统实测型熄弧角检测系统，其特征在于，所述电流 检测模块为VBE，所述电压检测模块为电压互感器。7.根据权利要求5所述的直流输电系统实测型熄弧角检测系统，其特征在于，所述分处 理器为FPGA。8.根据权利要求5所述的直流输电系统实测型熄弧角检测系统，其特征在于，所述检测 装置还包括信号处理模块，信号处理模块包括电流信号处理单元、电压信号处理单元和电 平转换电路，所述电流信号处理单元为隔离耦合电路，所述电压信号处理单元由依次连接 的信号调理电路和比较电路构成，比较电路和隔离耦合电路输出连接电平转换电路，电压 检测模块输出的电压信号依次经信号调理电路和比较电路输出给电平转换电路，电流检测 模块输出的电流信号经隔离耦合电路输出给电平转换电路，电平转换电路对信号进行处理 后输出给分处理器。9.根据权利要求5所述的直流输电系统实测型熄弧角检测系统，其特征在于，所述总处理器的工作过程为: 1)给各个分处理器配置参数； 2)读取状态字信息； 3)判断是否有报错信息，如果没有，则进行步骤4); 4)判断各个换流阀对应的熄弧角是否计算完成，如果计算完成，则进行步骤5); 5)读取各个熄弧角，使用最小值查找法得到最小熄弧角。
【文档编号】G01R31/08GK106026156SQ201610414509
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】郭虎锋, 李楠, 马为民, 许芳荣, 蒲莹, 于海, 杨敏, 曾丽丽, 刘威鹏, 李延龙, 沈开奎, 康健爽, 刘增超, 张健, 余义传, 尹健
【申请人】国家电网公司, 许继电气股份有限公司, 许继集团有限公司, 国网山东省电力公司经济技术研究院, 国网北京经济技术研究院